MOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CAMPO MAGNETICO OBJETIVOS.
Comprobar el efecto de un campo magnético sobre la trayectoria de electrones. Vericar Vericar la relación de la inducción magnética con la velocidad si se mantiene constante el diámetro de la trayectoria. FUNDAMENTO TEORICO.
En la g.1 se representa representa un electrón, de carga –e. ue se mueve con velocidad v dentro de un campo magnético de inducción !, representada representada por los puntos, saliendo de la g. y perpendicular a la velocidad. Entonces, el electrón es sometido a una fuer"a #, perpendicular a su velocidad, tal t al $ue
F=evB
(1)
Esta fuer"a produce una aceleración centr%peta en el electrón $ue sigue una trayectoria circular de radio r, luego,
evB=m (2)
&onde m es la masa del electrón. &e a$u%,
B= B=
2m De
v
m ℜ
v
(3)
o bien,
(4)
'iendo &, el diámetro de la trayectoria.
v
2
r
(or otra parte, si una electrón es acelerado por una diferencia de potencial V, gana una energ%a cinética dada por 1 2
mv
2
=eV
()
&e donde
√
V=
2
e m
V
(!)
El estudio e)perimental de este tema, puede *acerse con un arreglo como el de la g.+. El campo magnético re$uerido es producido por las bobinas de elm*olt" $ue son dos bobinas circulares similares montadas sobre el mismo e-e y separadas una distancia igual a su radio. Estas Es tas bobinas producen un campo magnético especialmente uniforme en la región entre ellas, cuya inducción es μ0 ∋ ¿ R
B=
() 4 5
3 2
¿
="#
($)
() 4 5
3 2
siendo
"=
μ0 N R
(%)
&onde es el n/mero de espiras de cada bobina bobina y 0, su radio.
El tubo es una ampolla de vidrio, llena de gas neón a ba-a presión, $ue tienen varios electrodos internos y $ue está montada sobre un "ócalo con conectores de colores para acceder a esos electrodos. En la g. + de i"$uierda a derec*a, los conectores con sus electrodos asociados son verde lamento, a"ulcilindro de 2e*nelt, negrocátodo 3también es terminal com/n para los demás electrodos4 y ro-oánodo. El lamento es un resistor $ue traba-a con 1+ 5V6 como má)imo y $ue calienta el cátodo. El cátodo emite electrones. El ánodo, conectado a una volta-e positivo má)imo de 788 5V6, acelera a esos electrones y , puesto $ue tiene un oricio central , les permite via-ar dentro del tubo n forma de un *a" electrónico 9 este *a" se *ace visible debido a $ue los electrones ioni"an los átomos de neón , lo $ue produce una tra"a luminosa. El cilindro de 2e*nelt se conecta a un volta-e negativo má)imo de :85V6 para a-ustar la nura del *a" electrónico. electrónico. ;demás, el tubo tiene unas marcas $ue permiten determinar el diámetro diámetro de las trayectorias9 estas marcas están ubicadas cada +.8 5cm6 y son dobles para evitar la parala-e.
Vericar $ue la fuente de volta-e &C a usar este 1.& Vericar apagada y con sus controles de volta-e al m%nimo 3totalmente en sentido contrario al de la agu-as del relo-4. 2.&montar el arreglo de la g. + manipulando cuidadosamente el tubo, ya $ue es bastante delicado, el medidor 1 debe disponerse para medir medir &C y el medidor +, para corriente continua en el rango de 18 5;6 3.& encender la fuente de volta-e &C. &e la salida 8= 1+ V obtener >.: para el lamento del tubo. El lamento se pondrá incandescente. &e la salida obtener para el ánodo 3le%dos en el medidor 14. En el tubo se verá una tra"a luminosa *ori"ontal. &isminuyendo la iluminación del ambiente de traba-o, la tra"a se puede puede apreciar me-or. me-or. &e la salida salida obtener un volta-e para el cilindro de 2e*nelt 2e*nelt $ue *aga $ue la tra"a sea na. 4.&con el control de la salida se puede a-ustar la corriente de las bobinas de elm*olt", 3le%da en el medidor +4 de manera $ue los electrones describan una trayectoria circular. circular. 'i la trayectoria no se cierra sobre s% misma, girar el tubo alrededor a lrededor de su e-e vertical. .& llenar la tabla 1 de la *o-a de datos para los valores de v indicados y anotando los valores valores de i $ue *agan $ue la trayectoria de los electrones tengan un diámetro de 18.8 5cm6.
!.&disminuir todos los volta-es a cero, apagar la fuente y desmontar el arreglo. TRATAMIENTO DE DATOS. 1. En base a la tabla 1 de la *o-a e datos y la ec. 3?4 y 3>4, elaborar una tabla v!
@ediante un análisis de regresión, regresión, determinar y dibu-ar la relación ! EA( B f 3v4.comparar la constante de la regresión con el valor esperado. CUESTIONARIO
1.En un arreglo como el de la g. + $ué se puede concluir si el *a" electrónico se desv%a *acia aba-oD
+. En un arreglo como el de la g. + $ué se puede conc conclu luir ir si el *a" *a" elec electr trón ónic ico o no se desv desv%a %a pese pese a e)istir corriente por las bobinas de elm*olt"D
7. En un arreglo como el de la g. + $ué se puede concluir si la trayectoria de los electrones no se cierra sobre si mismaD
. . en este este e)per )perim imen ento to,, (or (or $ué $ué será será nece necesa sari rio o *acer la trayectoria de los electrones se cierre sobre si mismaD :. :. cóm cómo o podr podr%a %a util utili" i"ar arse se este este e)per )perim imen ento to para para determinar la relación carga masa, eFm, del electrónD
